Презентация "Строение атомного ядра"

• Добрый день !

• Десяткова Татьяна Владимировна преподаватель физики Ачитского филиала ГБОУ СПО СО «Красноуфимский аграрный колледж»

Тема урока:

• «Строение атомного ядра»

Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества возникло еще в античные времена, но только в XVIII веке трудами А. Лавуазье, М. В. Ломоносова и других ученых была доказана реальность существования атомов.

• Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества возникло еще в античные времена, но только в XVIII веке трудами А. Лавуазье, М. В. Ломоносова и других ученых была доказана реальность существования атомов.

Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Д. И. Менделеев, разработавший в 1869 году периодическую систему элементов, в которой впервые был поставлен вопрос о единой природе атомов.

• Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Д. И. Менделеев, разработавший в 1869 году периодическую систему элементов, в которой впервые был поставлен вопрос о единой природе атомов.

Важным свидетельством сложной структуры атомов явились спектроскопические исследования, которые привели к открытию линейчатых спектров атомов. В начале XIX века были открыты дискретные спектральные линии в излучении атомов водорода в видимой части спектра, и впоследствии были установлены математические закономерности, связывающие длины волн этих линий (И. Бальмер, 1885 г.).

• Важным свидетельством сложной структуры атомов явились спектроскопические исследования, которые привели к открытию линейчатых спектров атомов. В начале XIX века были открыты дискретные спектральные линии в излучении атомов водорода в видимой части спектра, и впоследствии были установлены математические закономерности, связывающие длины волн этих линий (И. Бальмер, 1885 г.).

В 1896 году А. Беккерель обнаружил явление испускания атомами невидимых проникающих излучений, названное радиоактивностью.

• В 1896 году А. Беккерель обнаружил явление испускания атомами невидимых проникающих излучений, названное радиоактивностью.

В 1897 году Дж. Томсон открыл электрон и измерил отношение e / m заряда электрона к массе. Опыты Томсона подтвердили вывод о том, что электроны входят в состав атомов.

• В 1897 году Дж. Томсон открыл электрон и измерил отношение e / m заряда электрона к массе. Опыты Томсона подтвердили вывод о том, что электроны входят в состав атомов.

Модель атома Томсона(1903г)

• Он считал, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом примерно равным 10 -10 м. Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него .

Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909–1911 годах. Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью α-частиц

• Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909–1911 годах. Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью α-частиц

Опыт Резерфорда

• K – свинцовый контейнер с радиоактивным веществом, Э – экран, покрытый сернистым цинком,
• Ф – золотая фольга,
• M – микроскоп.
• Весь прибор в сосуде без воздуха.

Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.

• Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.

Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Он находился в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить α-частицы назад

• Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Он находился в резком противоречии с моделью атома Томсона, согласно которой положительный заряд распределен по всему объему атома. При таком распределении положительный заряд не может создать сильное электрическое поле, способное отбросить α-частицы назад

• Резерфорд пришёл к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Так возникла ядерная модель атома.

Планетарная модель атома

• Согласно этой модели, в центре атома располагается положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, вращаются под действием кулоновских сил электроны . Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро.

К 20-м годам XX века физики уже не сомневались в том, что атомные ядра, открытые Э. Резерфордом в 1911 г., также как и сами атомы, имеют сложную структуру

• К 20-м годам XX века физики уже не сомневались в том, что атомные ядра, открытые Э. Резерфордом в 1911 г., также как и сами атомы, имеют сложную структуру

В 1919 году Э. Резерфорд обнаружил ядра атома водорода в продуктах расщепления ядер атомов многих элементов. Резерфорд назвал эту частицу протоном. Он высказал предположение, что протоны входят в состав всех атомных ядер.

• В 1919 году Э. Резерфорд обнаружил ядра атома водорода в продуктах расщепления ядер атомов многих элементов. Резерфорд назвал эту частицу протоном. Он высказал предположение, что протоны входят в состав всех атомных ядер.

• Схема опытов Резерфорда по обнаружению протонов в продуктах расщепления ядер. К – свинцовый контейнер с радиоактивным источником α-частиц, Ф – металлическая фольга, Э – экран, покрытый сульфидом цинка, М – микроскоп.

По современным измерениям, положительный заряд протона в точности равен элементарному заряду 

• По современным измерениям, положительный заряд протона в точности равен элементарному заряду 
• e = 1,60217733·10 -19 Кл,
• то есть равен по модулю отрицательному заряду электрона.

Масса протона, по современным измерениям, равна

• Масса протона, по современным измерениям, равна
• m р = 1,67262·10 -27 кг.

• 1 а. е. м. = 1,66057·10 -27 кг.
• Следовательно, mр = 1,007276 · а. е. м.

После открытия протона было высказано предположение, что ядра атомов состоят из одних протонов

• После открытия протона было высказано предположение, что ядра атомов состоят из одних протонов

В 1920 г. Резерфорд высказал гипотезу о существовании в составе ядер жестко связанной компактной протон - электронной пары, представляющей собой электрически нейтральное образование – частицу с массой, приблизительно равной массе протона. Он даже придумал название этой гипотетической частице – нейтрон

• В 1920 г. Резерфорд высказал гипотезу о существовании в составе ядер жестко связанной компактной протон - электронной пары, представляющей собой электрически нейтральное образование – частицу с массой, приблизительно равной массе протона. Он даже придумал название этой гипотетической частице – нейтрон

Это была очень красивая, но, как выяснилось впоследствии, ошибочная идея. Электрон не может входить в состав ядра

• Это была очень красивая, но, как выяснилось впоследствии, ошибочная идея. Электрон не может входить в состав ядра

1932 г. Чедвик экспериментально исследовал излучение, возникающее при облучении бериллия α-частицами, и обнаружил, что это излучение представляет собой поток нейтральных частиц с массой, примерно равной массе протона.

• 1932 г. Чедвик экспериментально исследовал излучение, возникающее при облучении бериллия α-частицами, и обнаружил, что это излучение представляет собой поток нейтральных частиц с массой, примерно равной массе протона.
• Так был открыт нейтрон.

• Схема установки для обнаружения нейтронов.

Нейтрон – это элементарная частица

• Нейтрон – это элементарная частица
• По современным измерениям, масса нейтрона
• mn = 1,67493·10-27 кг = 1,008665 а. е. м.
• В энергетических единицах масса нейтрона равна 939,56563 МэВ. Масса нейтрона приблизительно на две электронные массы превосходит массу протона.

Сразу же после открытия нейтрона российский ученый Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно-нейтронном строении атомных ядер, которая полностью подтвердилась последующими исследованиями. Протоны и нейтроны принято называть нуклонами.

• Сразу же после открытия нейтрона российский ученый Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно-нейтронном строении атомных ядер, которая полностью подтвердилась последующими исследованиями. Протоны и нейтроны принято называть нуклонами.

Число протонов, входящих в состав атомного ядра, обозначают символом Z и называют зарядовым числом или атомным номером

• Число протонов, входящих в состав атомного ядра, обозначают символом Z и называют зарядовым числом или атомным номером

Заряд ядра равен Z∙ e, где e – элементарный заряд.

• Заряд ядра равен Z∙ e, где e – элементарный заряд.
• Число нейтронов обозначают символом N.

Общее число нуклонов (т. е. протонов и нейтронов) называют

• Общее число нуклонов (т. е. протонов и нейтронов) называют
• массовым числом A: A = Z + N.

Ядра одного и того же химического элемента могут отличаться числом нейтронов. Такие ядра называются изотопами

• Ядра одного и того же химического элемента могут отличаться числом нейтронов. Такие ядра называются изотопами

У большинства химических элементов имеется несколько изотопов. Например, у водорода три изотопа: 11Н – обычный водород, 12 Н – дейтерий и 31Н – тритий.

• У большинства химических элементов имеется несколько изотопов. Например, у водорода три изотопа: 11Н – обычный водород, 12 Н – дейтерий и 31Н – тритий.
• У углерода – 6 изотопов,
• У кислорода – 3.

Для того, чтобы атомные ядра были устойчивыми, протоны и нейтроны должны удерживаться внутри ядер огромными силами, во много раз превосходящими силы кулоновского отталкивания протонов. Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными.

• Для того, чтобы атомные ядра были устойчивыми, протоны и нейтроны должны удерживаться внутри ядер огромными силами, во много раз превосходящими силы кулоновского отталкивания протонов. Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными.

Они представляют собой проявление самого интенсивного из всех известных в физике видов взаимодействия – так называемого сильного взаимодействия. Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электростатические силы и на десятки порядков превосходят силы гравитационного взаимодействия нуклонов. Важной особенностью ядерных сил является их короткодействующий характер.

• Они представляют собой проявление самого интенсивного из всех известных в физике видов взаимодействия – так называемого сильного взаимодействия. Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электростатические силы и на десятки порядков превосходят силы гравитационного взаимодействия нуклонов. Важной особенностью ядерных сил является их короткодействующий характер.

Энергия связи ядра Е св равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы.

• Энергия связи ядра Е св равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы.

Масса любого ядра Mя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: Mя < Z∙mp + N∙mn.

• Масса любого ядра Mя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: Mя < Z∙mp + N∙mn.

Разность масс ΔM = Z∙mp + N∙mn – Mя. называется

• Разность масс ΔM = Z∙mp + N∙mn – Mя. называется
• дефектом массы.

Энергия связи

• Eсв = ΔM∙c2 = (Z∙mp + N∙mn – Mя)c2.
• Эта энергия выделяется при образовании ядра в виде излучения γ-квантов.

Образование всего 1 г гелия сопровождается выделением энергии порядка 1012 Дж. Примерно такая же энергия выделяется при сгорании почти целого вагона каменного угля.

• Образование всего 1 г гелия сопровождается выделением энергии порядка 1012 Дж. Примерно такая же энергия выделяется при сгорании почти целого вагона каменного угля.

Удельная энергия связи -

• энергия связи, приходящаяся на один нуклон

Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым элементам объясняется увеличением энергии кулоновского отталкивания протонов. В тяжелых ядрах связь между нуклонами ослабевает, а сами ядра становятся менее прочными

• Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым элементам объясняется увеличением энергии кулоновского отталкивания протонов. В тяжелых ядрах связь между нуклонами ослабевает, а сами ядра становятся менее прочными

Самостоятельная работа

• Определите состав ядра атома
• 31
• Р
• 15
• 2. Определите состав ядра атома
• 16
• О
• 8

3. Рассчитайте энергию связи нуклонов в ядре атома азота 14 7 N

• 3. Рассчитайте энергию связи нуклонов в ядре атома азота 14 7 N
• ( m а = 14,003242)

• Молодцы !